Parasitic specialization in Aphidiinae : there are generalist aphid parasitoids ?

Les parasitoïdes de pucerons Aphidiinae (Hymenoptera : Braconidae) comprennent des espèces qui présentent un gradient de spécialisation allant d’espèces monophages à des espèces capables de parasiter plusieurs dizaines d’espèces hôtes. Le caractère généraliste ou spécialiste d’un ennemi naturel va conditionner son efficacité à réguler les populations d’un ravageur, mais également sa capacité à pouvoir exploiter d’autres ressources dans les habitats semi-naturels, et assurer ainsi son maintien dans l’environnement en l'absence du ravageur. L’objectif premier de ce travail est de définir s’il existe des espèces généralistes au sein des Aphidiinae, dans un contexte agronomique spatialement et temporellement délimité. Dans un deuxième temps, il s'agit d’étudier les facteurs qui peuvent influencer la spécialisation parasitaire à l’échelle inter et intraspécifique. Les facteurs ciblés sont l’hôte, la plante, de par leurs caractéristiques écologiques comme l’abondance et la fréquence, et le type d'habitat, cultivé ou non cultivé. Nous avons étudié au sein d’un agrosystème et au cours d’une saison de végétation les réseaux trophiques plantes-pucerons-parasitoïdes dans le milieu cultivé et dans les habitats semi-naturels. Nous avons cherché à identifier des situations d’exploitation d’hôtes multiples dans les deux compartiments de l’agrosystème et à définir les facteurs pouvant influencer la répartition des espèces généralistes et spécialistes dans le temps et l’espace. Puis nous avons étudié le parasitisme en conditions naturelles et contrôlées d’une espèce en particulier, Diaeretiella rapae pour déterminer son degré de spécialisation parasitaire et la dynamique d’exploitation des hôtes sur les plantes cultivées et sauvages. Enfin, l’existence de structuration génétique des populations, voire d’espèces cryptiques, a été recherchée chez les espèces les plus généralistes, grâce à une approche moléculaire de type barcoding. Nos résultats révèlent qu’il n’y a pas à proprement parlé de vrai généraliste parmi les Aphidiinae présents dans l'agroécosystème étudié. Les espèces supposées généralistes ayant un possible intérêt agronomique ont en réalité des spectres d’hôtes limités, elles ne parasitent que rarement et très ponctuellement des ressources dans les habitats semi-naturels. La plupart présentent des structurations génétiques de leurs populations (hormis A. ervi) en fonction de l’hôte, de la plante ou de l’interaction des deux. Des espèces cryptiques ont été détectées chez D rapae. La conséquence de cette spécialisation parasitaire et des structurations génétiques intraspécifiques est un rôle probablement très faible des habitats semi-naturels comme réservoirs d'Aphidiinae, leur gestion n'étant alors pas un levier pour la mise en place d'une lutte biologique par conservation.Aphid parasitoids of the sub-family Aphidiinae (Hymenoptera: Braconidae) include species with a gradient of specialization from monophagous to polyphagous species, able to parasitize several dozen of host species. Generalist or specialist trait for a natural enemy will determine its effectiveness in regulating pest populations, but also its ability to exploit other resources in semi-natural habitats and then to ensure its maintenance in the environment in the absence of pests. The first objective of this work is to determine if there are real generalists species within Aphidiinae in a peculiar agroecosystem over the time and in different habitats. Secondly, we studied the factors that may influence the parasitic specialization at inter- and intraspecific level. Targeted factors are the host, the plant, regarding their ecological characteristics, such as abundance and frequency, and the type of habitat, cultivated or uncultivated. We studied the trophic network between plant-aphid-parasitoid in cultivated areas and in semi-natural habitats in an agroecosystem and during a growing season. We sought to identify situations of multiple exploitation of different host in the two compartments of agroecosystem and to identify factors influencing the distribution of generalists and specialists species in time and space. Then, we studied the parasitism of a particular species Diaeretiella rapae in natural and controlled conditions to determine its degree of parasitic specialization and its temporal dynamic of host exploitation on cultivated and wild plants. Finally, the existence of genetic structure of populations, even cryptic species, was investigated in the most generalist species, with a molecular barcoding method. Our results reveal that there is no true generalist species among Aphidiinae present in the studied agroecosystem. The supposed generalist species actually have limited host ranges, they parasite rarely and very timely resources of semi-natural habitats. Most of them show a genetic structuration of their populations (except A. ervi) depending on the host, the plant or the interaction of both. Cryptic species were detected in D rapae. The consequence of this parasitic specialization and intraspecific genetic structuring is probably a very low role of host reservoir played by the semi-natural habitats for Aphidiinae species, their management then not being a lever for the implementation of conservation biological control

Ecological specialization in Diaeretiella rapae (Hymenoptera: Braconidae: Aphidiinae) on aphid species from wild and cultivated plants.

International audienceDiaeretiella rapae is an aphid parasitoid with potential for use in biological control strategies. However, several recent genetic studies have challenged the long held view that it is a generalist parasitoid. We investigated its ecological specialization and ability to use resources in cultivated and uncultivated areas. Ecological specialization would reduce its ability to exploit the diversity of aphid species, particularly in uncultivated areas, and to control pest aphids. Four D. rapae strains were studied, three reared on pest aphids on Brassicaceae and one strain on a non-pest aphid on Chenopodiaceae. For each strain, we performed host-switching experiments, with a total of six aphid species, five of which D. rapae parasitizes in France. We tested cross-breeding ability between strains to detect potential reproductive isolation linked to aphid host species in D. rapae. The strain reared on non-pest aphids was able to develop on aphid species from both cultivated and uncultivated plants. The strains reared on pest aphids, however, exclusively parasitized aphid species on cultivated Brassicaceae. In addition, reproductive isolation was detected between strains from uncultivated and cultivated plants. Thus, the D. rapae populations examined here appear to be showing ecological specialization or they may even be composed of a complex of cryptic species related to the aphid hosts. The role of Chenopodium album as a reservoir for D. rapae, by providing a habitat for non-pest aphids on which it can feed, appears to be severely limited, and thus its efficiency to maintain local populations of D. rapae in the vicinity of crops is questionable

Aphid parasitoid generalism: development, assessment, and implications for biocontrol

International audienceHost specialization in aphid parasitoids is important both from a theoretical and an applied point of view. It arises from various ecological mechanisms involving their interactions with aphids, host plants, and endosymbiotic bacteria, as well as with potential competitors and enemies. From an applied point of view, host specialization in aphid parasitoids has a great importance as it determines the biological control they provide through their capacity to switch between different hosts, to persist in the agrosystem in the absence of the pest, and to regulate pest outbreaks in a rapidly changing system. It also conditions the risk of undesirable effects on non-target species in the case of introduction or augmentation of populations of parasitoids. Biocontrol literature that looks at the benefits of generalist and specialists natural enemies is mainly focused on differences between different guilds of natural enemies and does not consider the differences in host specialization within a single guild. This review synthesizes the mechanisms related to host-use by aphid parasitoids, focusing on the differences between generalist and specialist species. Second, this work describes the difficulty to determine the host range of generalist parasitoid species. Our review points out some observational artifacts, as is the existence of cryptic species or spatiotemporal variability in host acceptance, which may lead to misinterpretations about host specialization and result in pest management failures. Regarding biological control services, moderately generalized species that could use various host species to sustain their populations may ensure the long-term control, whereas specialist species would provide higher parasitism rates. At the community level, the co-occurrence of specialist and generalist parasitoids may maximize biological control services both in terms of efficiency and in terms of stability in space and time

After spring, after crops: which alternative hosts for the generalist parasitoid Diaeretiella rapae (Hymenoptera: Braconidae)?

International audienceGeneralist aphid parasitoids seem to behave as specialists at the local scale. The temporal pattern of host exploitation by parasitoids is key to understand this result. We investigated the temporal dynamics during twenty-one consecutive months of host exploitation by Diaeretiella rapae (M'Intosh) (Hymenoptera: Braconidae), one of the most generalist aphid parasitoid, in cultivated and uncultivated areas. We applied two complementary approaches: molecular detection of parasitism within living aphids and rearing of aphid mummies collected in Brassicaceae crops and adjacent areas. We built a Maximum Likelihood tree to determine the influence of host plant and aphid species on the genetic structure of D. rapae. We confirmed the existence of a cryptic species developing on Hayhurstia atriplicis (L.) (Hemiptera: Aphididae), but we found no other host-related genetic variation. D. rapae exploited almost exclusively Brevicoryne brassicae (L.) (Hemiptera: Aphididae), a pest of Brassiceae and rarely other hosts. When the crop is absent, D. rapae parasitized B. brassicae on wild Brassicaceae and cover crop instead of alternative aphid host on other plants. These results show the limited role of uncultivated habitats as a reservoir for D. rapae and the interest of wild Brassiceae and cover crops to enhance the control of B. brassicae

Analyse des réseaux trophiques et quantification des interactions

National audienceL’importante littérature consacrée au sujet suggère une relation positive entre la biodiversité en milieu agricole et la fourniture de services écosystémiques, notamment le service de contrôle des ravageurs par leurs ennemis naturels. Cependant, cette relation n’est que statistique et de nombreux contre-exemples peuvent être trouvés. L’une des raisons principales de l’absence d’additivité des effets des ennemis naturels réside dans la complexité des réseaux d’interactions qui se mettent en place dans les communautés diversifiées. Ainsi, par exemple, des phénomènes de compétition, voire de prédation intra-guilde peuvent conduire à une réduction d’efficacité du contrôle biologique avec un accroissement de la biodiversité dans les communautés naturelles. Cette complexité fait que l’identification de leviers permettant d‘accroître le service de régulation des ravageurs et la quantification de ce service, au-delà des recommandations à portée générale (e.g. adopter des pratiques favorables à la biodiversité), nécessite pour chaque cas d’espèce une analyse du réseau d’interactions trophiques dans lequel s’insère la ou les espèces cibles. Dans le cadre du projet PEERLESS, nous avons cherché à explorer, évaluer et comparer différents moyens d’acquérir de l’information sur la structure des réseaux trophiques agricoles et les avons appliqués à différents contextes agricoles. Les méthodes que nous avons explorées ont été de deux grands types : des approches inférentielles (reconstruction des interactions sur la base de connaissances a priori et sur l’observation des distributions des organismes et/ou de leur dynamique) et des approches analytiques permettant l’identification directe d’événements de prédation (approches moléculaires). Nous avons montré l’intérêt d’approches de type « machine learning » fondées sur l’application de règles a priori à des jeux de données de co-occurrences pour la reconstruction de réseaux trophiques et l’identification d’interactions complexes telles que le mutualisme apparent entre bioagresseurs. Nous avons également comparé des réseaux trophiques empiriques issus de l’analyse de la littérature aux réseaux réellement observés en parcelles. Enfin, nous avons montré comment l’analyse des dynamiques d’abondance pouvait permettre de quantifier l’impact relatif de différents auxiliaires sur la régulation biologique d’un ravageur et celui de différentes pratiques ou infrastructures agroécologiques. Dans le cadre d’approches analytiques, des quantifications de la prédation au laboratoire ont été réalisées pour différents couples prédateurs/proies. Enfin, nous avons appliqué des approches moléculaires fondées sur l’utilisation de PCR diagnostique ou sur le séquençage haut-débit pour la reconstruction de réseaux in-situ et tenté d’accroître nos connaissances sur l’intérêt et les limites de telles approches. L’ensemble des travaux réalisés dans le cadre du projet PEERLESS a permis de contribuer à l’élaboration d’une boîte à outils pour l’analyse du contrôle biologique des bioagresseurs agricoles et de nourrir la réflexion sur la complémentarité et les limites d’emploi de ces outils